211service.com
Supertenké supravodivé kabely
Vědci z Národního institutu pro standardy a technologie (NIST) našli způsob, jak vyrobit vysokoteplotní supravodivé napájecí kabely, které mají desetinu průměru stávajících supravodivých kabelů, ale mohou přenášet stejně velký proud. Tenké, flexibilní kabely by mohly otevřít nové aplikace v přenosu elektrické energie a mohly by vést k novým výkonným magnetům.
Supravodičová cívka: Průřez novým typem vysokoteplotního supravodivého kabelu ukazuje vícepramenné měděné jádro spirálovitě vinuté supravodivými páskami.
Kabely by mohly poskytnout lehkou a kompaktní náhradu za měděné napájecí kabely, říká výzkumník NIST Děkuji van der Laane , který dílo vedl. Supravodivé magnety vyrobené s kabely by generovaly mnohem vyšší magnetická pole, než je možné dnes. Taková vysoká pole by byla užitečná pro fyziku vysokých energií a pro protonové terapie používané při léčbě rakoviny.
Supravodiče vedou vysoké elektrické proudy, aniž by se při ochlazení zahřívaly nebo ztrácely výkon. Supravodivé magnety, které se nacházejí v lékařských zobrazovacích zařízeních a urychlovačích částic, obvykle používají slitiny niobu, které přeměňují supravodivost pod 10 K (-263 °C). Ale některé sloučeniny vyrobené z prvků vzácných zemin, barya, mědi a kyslíku se také stávají supravodivými při vyšších teplotách přes 70 K (-203 °C), v tomto okamžiku je lze ochladit pomocí kapalného dusíku nebo plynného helia.
Vysokoteplotní supravodivé kabely byly nabízeny jako slibná alternativa k měděným kabelům pro přenos elektrické energie v městském prostředí a kompaktních prostorech. Je to proto, že pouze jeden supravodivý kabel může nahradit více než 10 měděných kabelů, snížit hmotnost o více než 95 procent a eliminovat tepelné ztráty.
Kryogenní supravodivé silové kabely se obvykle vyrábějí pomocí supravodivých pásek navinutých kolem pevných nebo dutých kovových jader. Pásky jsou tenké proužky kovu potažené mikrometrovou vrstvou supravodiče a filmy z keramických izolátorů. Supravodivé kabely byly nedávno použity při demonstracích malých energetických sítí. Například v roce 2006 byl v rozvodně v Columbusu ve státě Ohio instalován kabel na bázi bismutu. Má průměr sedm centimetrů a unese 3000 ampér.
Pro srovnání, van der Laan vyrobil kabel o šířce 7,5 milimetru, který unese 2800 ampér. Další má průměr 6,5 milimetru a unese 1200 ampér. Kabely lze ohýbat kolem kabelu o průměru menším než čtvrt metru.
Van der Laan začíná jádrem vyrobeným z několika měděných pramenů obalených nylonovou izolací. Poté kolem jádra navíjí ve střídavých směrech supravodivé pásky vyrobené z gadolinia barnatého kuprátu. Jeho experimentální výsledky byly nedávno zveřejněny online v časopise Věda a technologie supravodičů .
Konvenční supravodivé kabely jsou lehčí než ty, které jsou vyrobeny z mědi, ale stále jsou tak těžké, že musí být pohřbeny pod zemí, říká van der Laan. Výzkumníci hledají možnosti, jak je použít jako nadzemní vedení namísto podzemního vedení, říká, ale konvenční kabely byly příliš těžké na to, aby je bylo možné použít nad hlavou. Jednou z výhod našich kabelů je, že jsou mnohem lehčí.
Doposud se předpokládalo, že nemůžete vyrobit supravodivé kabely tak tenké, říká Venkat Selvamaničkam , profesor strojního inženýrství a odborník na vysokoteplotní supravodivost na University of Houston. Šlo o to, zda lze pásky ohýbat na jádrech o tak malém průměru a stále si zachovat vysokou proudovou zatížitelnost bez jakéhokoli poškození.
David Larbalestier , vědec z National High Magnetic Field Laboratory v Tallahassee na Floridě, říká, že nové kabely jsou dokonalým příkladem dobrého inženýrství. Není zde žádná nová raketová věda. Při výrobě kabelu použili naprosto standardní techniky. Larbalestier si však nemyslí, že si nové kabely snadno najdou cestu k přenosu energie. Mnoho lidí by rádo použilo vysokoteplotní supravodiče k revoluci v odvětví elektroenergetiky, říká. Ale průmysl je poměrně konzervativní a není zvyklý na kryogeniku. Na druhou stranu velký multimiliardový trh se supravodičem vyrábí magnety, které spotřebují velmi málo energie.
Dnešní supravodivé magnety obsahují niob-titanové dráty navinuté do cívek, které mohou poskytnout maximálně 25 Tesla magnetických polí. Magnety vyrobené pomocí nových vysokoteplotních supravodivých kabelů by mohly poskytovat vyšší pole a zároveň potenciálně vyžadovat méně energie pro chlazení. .
Nízká hmotnost a flexibilita jsou obzvláště přitažlivé pro armádu jako náhrada za objemné měděné kabely, které přenášejí velké množství energie z generátorů do zbraní a zařízení na palubách letadel a lodí. Pokud se podíváte na výměnu standardních měděných kabelů na námořní lodi, musíte být schopni protáhnout kabel stávajícími trubkami s mnoha ostrými ohyby, říká van der Laan. Nyní vyrábí demonstrační kabel pro americkou armádu. Výzkumníci v CERN (Evropská organizace pro jaderný výzkum) ve Švýcarsku se také zajímá o použití tenkých kabelů k napájení několika tisíc ampér proudu do magnetů používaných v Velký hadronový urychlovač .